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ようこそ、竹内研究室へ

竹内研究室では、非平衡現象が織りなす統計物理法則の理解を目指し、液晶、粉体、コロイドなどのソフトマター、バクテリアなどの生命材料を活用して、実験研究を展開しています。個別の現象の理解はもとより、現象に依らない共通の物理法則を抽出することを目指して、統計物理学の実験分野という世界でも特徴的な分野の開拓を志しています。志を共にし、新しい研究を一緒に進めていく学生やポスドクの方が加わられることを歓迎します！　興味ある方は、気軽に竹内までご連絡ください（メール）。研究室見学を歓迎しています。

具体的な研究テーマの例は、研究内容のページをご覧ください。日本液晶学会誌に掲載された研究室紹介記事、学部1-2年生向けの研究室紹介、物理学教室 年次報告、その他プレスリリースや各種記事・動画も参考になると思います。

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私たちが目にできる大きさの物質や現象のうち、基礎原理となる物理法則が理解できているものはどれくらいあるでしょう。熱力学や、それに裏打ちされた統計力学は、熱平衡状態、つまり一定一様な環境下で行きつく素朴な状態については、深く強力な物理法則の存在を教えてくれました。一方で、ふと周りを見回すと、自然現象には熱平衡状態にないものが無数にあります。水や空気は、地球規模で巨大な対流を起こしています。空や大地は、様々な模様で彩られています。そして生物。私たちの体内では、生体分子が様々な連携プレーで細胞機能を支えており、細胞は協同して組織を作り、それが組み合わさって生命個体ができています。そうした個体が集って集団となり、様々な種が絡み合う生態系をなしています。これらはすべて、非平衡な状況で相互作用する自由度が数多く集まった結果、マクロスケールで非自明な性質が発現している典型例と言えるでしょう。これだけ魅力的な現象が散見されるにも拘らず、非平衡現象を扱う熱力学・統計力学の枠組みは発展途上にあり、その構築は現代科学に課された大きな未解決問題と言えます。

近年の非平衡統計力学は、様々な学問分野と関わりながら新しい展開が生み出されてゆく、学際的な流れが本格化しています。非平衡で広く成り立つ「ゆらぎの定理」や「熱力学的不確定性関係」は、非平衡ゆらぎの基本的性質の理解を深化させ、生体分子モーターのエネルギー効率や正確性などの具体的問題に切り込む力となっています。自力で動く粒子集団を扱うアクティブマター物理学は、液晶理論と統計力学の融合により基礎学理が整備され、生体分子集団から細胞組織、微生物集団に至る様々な対象において、普遍的な物理学の存在を描き出しています。また、非平衡臨界現象など、非平衡の普遍的なスケーリング則の物理学は液晶や流体などの実験で実証されたほか、数理物理学では1次元非平衡界面の厳密解研究が著しく発展し、それについても液晶実験で直接検証が可能となりました。

竹内研究室では、非平衡現象が織りなす統計物理法則の理解を目指し、液晶、粉体、コロイドなどのソフトマター、バクテリアなどの生命材料を活用して、実験研究を展開しています。個別の現象の理解はもとより、現象に依らない共通の物理法則を抽出することを目指して、特定の手法や対象にこだわらずに実験をデザインし、実現、解析することで、非平衡の統計物理法則に迫っていきます。俯瞰的に物事を捉えること、学際的な視点を育むことを重視し、研究室の中でも比較的多彩な問題を扱っているのが特徴です。現在の主なテーマは、非平衡臨界現象、非平衡現象におけるミクロとマクロの橋渡し、アクティブマター、微生物集団の物理学、大自由度力学系の協同現象などですが（詳しくはこちら）、これらをまたぐ課題も多く、有機的に繋がっています。また、新たな題材への取り組みも積極的に行っています。このような研究を通して、統計物理学の実験分野という、世界でも特徴的な分野の開拓を志しています。